[發明專利]納米金屬平面尖光學探測器

有效

• 申請號: 201811349627.2
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109781251B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 信釗煒;魏東
• 申請（專利權）人: 黑芝麻國際控股有限公司
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;H01L31/108;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 景懷宇

本發明公開了一種納米金屬平面尖光學探測器，包括半導體光學探測器和納米陣列掩模，所述納米陣列掩模限定連接到光學探測器的多個多邊形孔，其中半導體光學探測器探測由納米陣列掩模聚焦的近場光。

技術領域

本公開涉及一種光學探測器，特別涉及一種納米金屬平面尖(nano-metallic-planar-apex)超材料紅外探測器。

背景技術

由于紅外入射光子的能量小于導致電子從價帶激發到導帶的能量，因此目前基于硅的紅外探測器效率不高，目前用于紅外區域的探測器建立在具有較低能帶隙的銦鎵砷(InGaAs)或鍺(Ga)襯底上。但銦鎵砷和鍺紅外光學探測器可能難以制造且可能價格昂貴。

多年來已經證明了幾種用以探測硅中紅外光的方法，例如，用于使用硫化鉛膠體納米晶體作為敏化劑進行紅外-可見光上轉換(infrared-to-visible up-conversion)的固態薄膜，金字塔形等離子體聚光器肖特基探測器，以及非線性過程，例如雙光子吸收。

我們所尋求的是能夠有效地探測光學光譜區域及近紅外光譜區域中的光子的裝置。利用納米陣列的裝置可以提供利用硅襯底有效地探測紅外光子的解決方案。

發明內容

在一個實施例中，一種納米金屬平面尖光學探測器，包括半導體光學探測器和納米陣列掩模，所述納米陣列掩模限定連接到所述光學探測器的多個多邊形孔，其中半導體光學探測器探測由納米陣列掩模聚焦的近場光。

在另一實施例中，一種納米金屬平面尖光學探測器包括：納米陣列掩模，其限定多個多邊形孔，所述多個多邊形孔形成多個肖特基接觸電極；和半導體光學探測器，所述半導體光學探測器具有半導體光學探測器第一側和半導體光學探測器第二側，所述半導體光學探測器第一側連接到所述多個肖特基接觸電極，其中所述半導體光學探測器探測由所述陣列掩模聚焦的近場光，所述半導體光學探測器第二側與所述半導體光學探測器第一側相對，所述納米金屬平面尖光學探測器還包括多個歐姆接觸電極，所述多個歐姆接觸電極與所述納米陣列對準，并連接到所述半導體光學探測器第二側。

本發明的一個或多個實施例的細節將在附圖及以下說明書中闡述。本發明的其他特征、目的和優點將通過說明書、附圖以及權利要求書而變得明顯。

附圖說明

圖1是根據本公開的至少一個實施例的納米金屬平面尖陣列的第一示意圖。

圖2是根據本公開的一個實施例的納米金屬平面尖陣列光學探測器的第二示意圖。

圖3是根據本公開的一個實施例的納米金屬平面尖陣列光學探測器的第三示意圖。

在各附圖中，相同的參考數字和名稱表示相同的元件。

具體實施方式

本公開描述了一種光學集中器，示出了該光學集中器利用入射光的納米聚焦效應，該效應基于納米金屬平面尖超材料(NMPAM)上的表面等離激元(Surface PlasmonPolariton,SPP)。NMPAM可用于增強金屬表面上的表面漸逝的強度和多種SPP模式的激發。不同SPP的相互作用導致了用于成像和光學存儲的獨特近場光學性質，從而將光聚焦成納米尺度的點，并因而增強光功率。NMPAM可用于與紅外像素耦合以增強入射光的會聚，從而提高紅外探測的信噪比。

通過利用納米金屬平面尖超材料(NMPAM)，示出了一種利用硅襯底探測紅外光的新方法。NMPAM包括硅襯底和具有納米平面尖孔的金膜。硅襯底與金共享共同的界面，并產生肖特基勢壘(Schottky barrier)。因此，該能壘高度降低到低于硅、且低于紅外光子的能壘高度的點。

通過紅外光照射，金膜上的電子可以穿過肖特基勢壘進入硅中。當處于反向偏壓時，這些電子被收集為光電流。NMPAM用于將入射光聚焦到大約100nm尺度內，并因此增強電功率并改善信噪比。